NAMAR
– LABORATORIUM
Badanie trójfazowego silnika elektrycznego zasilanego przez
falownik
Laboratorium HALA 010NT
Opracował: J.Goliński
Warszawa 2007 (09.v2)
2
1.Wstęp
Ciągły wzrost wymagań dotyczących sterowania napędem maszyn i rozwój
energoelektroniki spowodował, że coraz powszechniej w napędach, które wykorzystują silniki
elektryczne są stosowane falowniki. Falowniki najczęściej służą do uzyskania wymaganej
prędkości obrotowej silnika elektrycznego, bezstopniowej (płynnej) zmiany tej prędkości i
uzyskania żądanego czasu rozruchu lub hamowania silnika.
Celem ćwiczenia jest:
→
poznanie możliwości zmiany czasu rozruchu i hamowania silnika elektrycznego
→
poznanie możliwości zmiany prędkości obrotowej silnika elektrycznego
→
poznanie konsekwencji wprowadzonych zmian.
2.Pojęcia i wiadomości podstawowe
2.1 Wartość skuteczną prądu przemiennego można policzyć za pomocą wzoru:
2
0
1
( )
T
I
i t dt
T
=
∫
(1)
gdzie:
i
– wartości chwilowe prądu [A]
T
– okres [s]
2.2 Moc mechaniczna (moc na wale silnika) jest obliczana za pomocą wzoru:
2
1
( )
s
s
P
M
d
ω
ω
ω
ω
=
⋅
∫
(2)
gdzie:
M
s
– wartości chwilowe momentu [Nm]
ω
– prędkość kątowa silnika [rad/s]
2.3 Prędkość synchroniczna. Jeżeli trójfazowe uzwojenie stojana silnika zostanie zasilone
napięciem trójfazowym o częstotliwości f
1
, to powstaje w nim wirujące pole magnetyczne
kołowe, które wiruje w przestrzeni z prędkością obrotową n
1
p
f
n
1
1
60 ⋅
=
(3)
lub z prędkością kątową ω
1
p
f
1
1
2
⋅
⋅
=
π
ω
(3.1)
gdzie:
p
- liczba par biegunów
f
1
–częstotliwość napięcia sieci zasilającej w [Hz]
n
1
– prędkość obrotowa wirowania pola stojana w [obr/min]
ω
1
–
prędkość kątowa wirowania pola stojana w
[rad/s]
2.4 Poślizg - różnica między prędkością synchroniczną n
1
, a prędkością wirnika n, odniesiona
do prędkości synchronicznej n
1
, nazywa się poślizgiem i jest oznaczana literą s.
3
1
1
n
n
n
s
−
=
(4)
2.5 Charakterystyka mechaniczna. Charakterystyką mechaniczną silnika indukcyjnego jest to
zależność prędkości obrotowej silnika n od momentu obrotowego M czyli M=f(n). Bardzo
często charakterystykę mechaniczną przedstawia się jako zależność momentu obrotowego M
od poślizgu s czyli M=f(s). Charakterystykę tę można wyznaczyć korzystając z przybliżonego
wzoru Klosa
s
s
s
s
M
M
k
k
+
⋅
=
max
2
(5)
gdzie: M- moment obrotowy silnika [Nm]
M
max
– moment obrotowy maksymalny [Nm]
s – poślizg przy danym obciążeniu
s
k
– poślizg krytyczny (utyku) przy maksymalnym momencie obrotowym
Rys.1 Charakterystyka mechaniczna silnika.
Rys.2 Wykres momentu nominalnego w funkcji prędkości obrotowej silnika zasilanego przez
falownik.
4
3.Układ pomiarowy
Rys.3 Schemat układu pomiarowego wykorzystanego w ćwiczeniu: 1-momentomierz, 2-enkoder, 3-
hallotronowy przekładnik prądowy, 4-falownik, 5-urzadzenie pomiarowe Spider 8, 6-komputer z
oprogramowaniem pomiarowym.
Wszystkie zarejestrowane wielkości zostaną zapamiętane jako wartości napięcia lub
częstotliwości, dlatego też należy przeliczyć je na właściwe jednostki. Do tego przeliczenia
służą następujące wzory:
Obroty silnika [obr/s]=0,4x [kHz]
Moment [Nm]= 144,1875x [mV]+0,12665
Prąd [A]= 8,9x[V]
Wszystkie obliczenia należy wykonać za pomocą arkusza kalkulacyjnego.
4.Przebieg ćwiczenia
Należy odczytać dane z tabliczki znamionowej silnika.
Należy wybrać częstotliwość zasilania silnika f (f z zakresu 10-75Hz).
Dla wybranej częstotliwości należy zaproponować dwa czasy rozruchu i hamowania z
zakresu 0 do 9s. (różnica pomiędzy nastawami powinna wynosi co najmniej 20%)
Dla każdego z wymienionych przypadków (rozruch i hamowanie) należy
przeprowadzi pomiar i zarejestrować dane.
5.Opracowanie wyników
5.1 Obliczenia teoretyczne
Na podstawie danych z tabliczki znamionowej oraz wzoru (3) należy policzyć prędkość
silnika dla wybranej częstotliwości.
Na podstawie danych z tabliczki znamionowej oraz wzoru (2) należy policzyć moc silnika dla
wybranej częstotliwości.
5
5.2Opracowanie danych pomiarowych
Dane pomiarowe po przeliczeniu za pomocą odpowiednich wzorów powinny zostać
przedstawione graficznie na wykresach. Wykresy powinny przedstawiać:
- rozpędzanie silnika (prędkość i moment obrotowy)
- hamowanie silnika (prędkość i moment obrotowy)
- moc mechaniczną podczas hamowania i rozpędzania (wzór 2)
- prąd skuteczny podczas hamowania i rozpędzania (wzór 1)
Wszystkie wykresy powinny być jasno i czytelnie opisane (jednostki) oraz wykonane w takiej
podziałce, która umożliwi ich analizę i porównanie.
6.Wnioski
Wnioski powinny zawierać opis i analizę uzyskanych wyników oraz porównanie wielkości
obliczonych teoretycznie z wielkościami uzyskanymi z przeprowadzonych pomiarów. Ile par
biegunów ma badany silnik? Ile wynosi prąd rozruchowy? Jaki jest współczynnik δ (stosunek
momentu rozruchowego M
r
do momentu znamionowego M
n
) dla zbadanego rozruchu silnika?
7.Literatura
[1] Bolkowski S. „Podstawy elektrotechniki” WNT 1985
[2] Gogolewski Z. ,Kuczewski Z. „Napęd elektryczny” WNT 1972
[3] Kwiatkowski W. „Miernictwo elektryczne. Analogowa technika pomiarowa” OWPW
1997